NTT desenvolve tecnologia de cancelamento de ruído ativo para fones de ouvido abertos

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14 de novembro de 2024

Japan Telegraph and Telephone Corporation

A primeira tecnologia de cancelamento de ruído de banda larga do mundo para fones de ouvido abertos que pode reduzir o ruído ambiente sem bloquear os ouvidos ~ Realizando uma experiência auditiva confortável em que é possível ouvir um som nítido sem bloquear os ouvidos, mesmo em ruas lotadas e mobilidade na cidade ~

Pontos principais da apresentação:

◆Estabeleceu a tecnologia ANC (Active Noise Control), uma tecnologia de controle ativo de ruído que pode reduzir o ruído em uma ampla faixa de 100~3.000Hz, de modo que o som dos fones de ouvido abertos possa ser ouvido com clareza, mesmo em condições ruidosas.

como método para reduzir a latência do sistema ANC necessária para alcançar a supressão de ruído de banda larga, desenvolvemos um novo design para o microfone e o alto-falante do corpo do fone de ouvido para reduzir o atraso acústico e um novo design de alto-falante e processo de software para reduzir o atraso mecânico para cada banda de frequência.

os fones de ouvido abertos com baixo peso na orelha proporcionam uma experiência auditiva confortável, mesmo em ambientes ruidosos

Japan Telegraph and Telephone Corporation (Sede: Chiyoda-ku, Tóquio, Presidente e CEO: Akira Shimada, doravante denominada "NTT") estabeleceu a tecnologia ANC para reduzir o ruído ambiente no ouvido em fones de ouvido abertos que não bloqueiam as orelhas. Nessa tecnologia, como uma tecnologia prática de cancelamento de ruído para fones de ouvido abertos, desenvolvemos recentemente o design do microfone e dos alto-falantes do corpo do fone de ouvido, bem como o processamento de software, para obter supressão de ruído de banda larga. Com essa tecnologia, o senhor pode ouvir claramente o som reproduzido pelos fones de ouvido abertos, reduzindo o ruído e sentindo naturalmente o som ambiente. Além disso, espera-se que a gama de uso da tecnologia XR acústica (*1), que funde sons virtuais ouvidos por meio de fones de ouvido com sons reais ouvidos diretamente com os ouvidos, se expanda. Os fones de ouvido abertos que utilizam essa tecnologia serão exibidos no NTT R&D FORUM 2024 -IOWN INTEGRAL(*2), que será realizado de 25 a 29 de novembro de 2024.

1. Histórico

A NTT tem trabalhado no desenvolvimento de uma tecnologia de design de fones de ouvido abertos que realiza a reprodução que somente o usuário pode ouvir sem bloquear os ouvidos, com o objetivo de estabelecer a tecnologia PSZ (Personalized Sound Zone), o espaço sonoro privado definitivo no qual os "sons que você quer ouvir" podem ser ouvidos somente por você, sem vazar para as pessoas ao seu redor, e os "sons que você não quer ouvir" são cortados (*3). Esses fones de ouvido abertos permitem que o usuário ouça naturalmente o ambiente ao seu redor e são projetados para evitar vazamento de som, de modo que podem ser usados em locais públicos, escritórios e outros espaços comuns. Além disso, os ouvidos não se cansam e podem ser usados por muito tempo. Além disso, com foco nesses recursos, estamos defendendo a tecnologia XR acústica que funde o som virtual ouvido pelos fones de ouvido abertos com o som real ouvido diretamente com o ouvido, e estamos realizando pesquisas, desenvolvimento e experimentos de demonstração (*1).

Os fones de ouvido abertos convencionais só conseguem reduzir o som abaixo de 1.000 Hz, mesmo que a função de cancelamento de ruído esteja presente. Portanto, o som em torno de 3.000 Hz, ao qual o ouvido humano é mais sensível, não pode ser reduzido e, se o ruído ambiente for grande, a oportunidade de usá-lo aumentará o volume, o que aumenta o risco de perda auditiva. Por isso, criamos a tecnologia Active Noise Control (ANC), que pode reduzir o som acima de 1.000 Hz em fones de ouvido abertos.

2. Desafios técnicos

Há duas maneiras de reduzir o ruído usado em fones de ouvido: controle ativo de ruído (ANC) e controle passivo de ruído (PNC). O ANC usa um microfone de referência embutido nos fones de ouvido para captar o ruído e, em seguida, usa um microfone de erro para determinar se o ruído está fora do ouvido para gerar um sinal fora de fase do ruído, que é então reproduzido pelos fones de ouvido para compensar o ruído. Em particular, ele pode ser reduzido principalmente para baixas frequências abaixo de 1.000 Hz. O PNC, por outro lado, bloqueia o ruído tapando os ouvidos com a estrutura física dos próprios fones de ouvido. Em particular, ele pode ser reduzido principalmente para altas frequências acima de 1.000 Hz. Os fones de ouvido selados com ANC, que já estão amplamente disponíveis para o público em geral, combinam ANC e PNC para obter uma redução eficaz do ruído.

No entanto, os fones de ouvido abertos não têm uma estrutura que bloqueie as orelhas, de modo que o ruído de alta frequência chega às orelhas como estão. Além disso, como a audição humana é sensível à área em torno de 3.000 Hz, o ANC exige que uma alta frequência de 1.000 Hz ou mais seja silenciada para que se obtenha uma redução eficaz de ruído no sentido da audição com fones de ouvido abertos.

Figura 1. ANC em fones de ouvido fechados e abertos

3. Pontos de tecnologia

Para reduzir o ruído acima de 1.000 Hz usando a tecnologia ANC, o sistema ANC deve executar uma latência ultrabaixa (em submilissegundos) desde o ruído captado pelo microfone de referência até o sinal fora de fase do ruído, até atingir a posição do microfone de erro. Especialmente no caso dos fones de ouvido, a distância entre eles é de apenas alguns centímetros, pois o microfone de referência, o microfone de erro e o alto-falante que reproduz o som cancelado estão embutidos no corpo do fone de ouvido. Portanto, os sistemas ANC precisam ser muito rápidos, e a latência dos sistemas ANC deve ser a mais baixa possível. Portanto, no sistema ANC,

(1) Atraso acústico

(2) Atraso mecânico

Desenvolvemos uma tecnologia que reduz os dois fatores de atraso. (1) O atraso acústico é a diferença de tempo entre o som da fonte e a posição do alvo. O som viaja pelo ar a uma velocidade de cerca de 340 metros por segundo, o que é muito lento em comparação com a luz e os sinais elétricos. Portanto, estabelecemos um novo design no qual o microfone é posicionado de modo que a fonte de ruído e o microfone de referência fiquem próximos do microfone de erro e da unidade de alto-falante integrada aos fones de ouvido para reduzir o atraso acústico. (2) O atraso mecânico é um atraso que ocorre quando os componentes mecânicos dentro do equipamento ou dos fones de ouvido estão em operação. Por exemplo, o diafragma da unidade de alto-falante embutida nos fones de ouvido leva um tempo físico entre o recebimento de um sinal elétrico e a produção efetiva do som. E esse atraso varia de banda de frequência para frequência, dependendo do design da unidade de alto-falante. Portanto, nessa tecnologia, um novo design de hardware e processamento de software foram usados para reduzir o atraso mecânico para cada banda de frequência. No projeto do hardware, projetamos a posição e as características dos alto-falantes novamente e, no processamento do software, projetamos um filtro com baixa latência e baixo conteúdo computacional. Além disso, essa tecnologia é combinada com a tecnologia de design de fones de ouvido abertos (*3), que evita o vazamento de som para impedir que o som vaze para o ambiente e para evitar o aumento do ruído ao redor do usuário.

Essa tecnologia, que reduz (1) o atraso acústico e (2) o atraso mecânico, possibilitou a ampliação da largura de banda do ANC dos fones de ouvido abertos pela primeira vez no mundo. Quando essa tecnologia foi avaliada usando o ruído do avião, confirmou-se que ele poderia ser reduzido para cerca de 3.000 Hz. Especificamente, ela alcança uma supressão de ruído de até 13,7 dB e uma média de 7,8 dB de 1.000 a 3.000 Hz.

Figura 2. Atrasos acústicos e mecânicos no ANC

Figura 3. Protótipo de fones de ouvido abertos projetados com essa tecnologia

Figura 4. Avaliação do desempenho da supressão de ruído no ANC usando essa tecnologia

4. Desenvolvimentos futuros

No futuro, nosso objetivo será comercializar fones de ouvido abertos equipados com essa tecnologia, e expandiremos ainda mais a largura de banda para reduzir o ruído e verificá-la em vários ambientes do mundo real. Além disso, as empresas do Grupo NTT desenvolverão serviços como entretenimento imersivo e guias de áudio que integram essa tecnologia com a tecnologia XR acústica, que funde o som virtual ouvido por meio de fones de ouvido com o som real ouvido diretamente com o ouvido.

[Glossário]

※1

Assumindo o desafio de criar uma nova produção de som espacial para o Super Kabuki com o "Super Kabuki Powered by NTT" ~Realizando uma produção de som espacial que cruza o som realista do palco e o efeito sonoro nos ouvidos~

URL:https://group.ntt/jp/newsrelease/2023/04/29/230429b.html

※2

site oficial do "NTT R&D FORUM 2024 -IOWN INTEGRAL" www.rd.ntt/forum/2024/This A página será aberta em uma nova janela

NTT R&D FORUM 2024 - Imagem do IOWN INTEGRAL

※3

Desenvolvimento de tecnologia de design para fones de ouvido que só podem ser ouvidos pelo usuário sem bloquear as orelhas

~Realização do controle de ondas sonoras que cancela o vazamento de som para o ambiente ao mesmo tempo em que fornece som ao usuário com um único alto-falante~

group.ntt/jp/newsrelease/2022/11/09/221109a.html

Perguntas da imprensa sobre esse assunto

Japan Telegraph and Telephone Corporation,

Service Innovation Research Institute,

Departamento de Planejamento, Diretor de Relações Públicas

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